專利名稱：直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料的顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷卻高溫固體物料和顯熱回收利用，特別是涉及一種直接冷卻高溫?zé)Y(jié)礦料和利用其顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
許多工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的高溫固體物料，如燒結(jié)礦、爐渣、礦料、固體物料等都需要冷卻，冷卻過程中釋放的高溫固體物料的顯熱是可以回收利用的熱能。在冶金工業(yè)中，燒結(jié)機(jī)產(chǎn)出的燒結(jié)礦料的溫度高達(dá)1000°c，必須冷卻之后才能過入下一步冶煉工序。為了利用冷卻高溫礦料過程所釋放的熱能，現(xiàn)有的傳統(tǒng)方法是將高溫礦料在一個(gè)環(huán)形或帶式冷渣機(jī)上移動(dòng)，同時(shí)用強(qiáng)制通過空氣將礦料冷卻到150°c以下，空氣則被加熱到400-450°C后排往余熱鍋爐，加熱其中的水產(chǎn)生蒸汽，被用于發(fā)電或供熱，最終將高溫?zé)Y(jié)礦的一部份顯熱轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)顯熱發(fā)電利用，達(dá)到節(jié)能目的。上述傳統(tǒng)的燒結(jié)礦冷卻和顯熱回收利用方法有以下缺陷1、系統(tǒng)復(fù)雜，燒結(jié)礦冷卻和顯熱回收裝置包括冷渣機(jī)和強(qiáng)制鼓風(fēng)系統(tǒng)，熱風(fēng)余熱鍋爐和蒸汽發(fā)電裝置，設(shè)備多，管道系統(tǒng)復(fù)雜。2、冷卻效率低，顯熱回收率低，由于空氣與熱礦料之間的對(duì)流換熱的強(qiáng)度低，只能使空氣溫度最高達(dá)到400-45(TC，限制了熱空氣余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽溫度一般不超過 400°C，用于發(fā)電的熱效率低，由此造成全部顯熱回收利用率只有10-12%。3、自身能耗高，通過環(huán)形或帶形冷渣機(jī)的空氣流量大，流動(dòng)阻力損失大，鼓風(fēng)機(jī)電耗往往占顯熱發(fā)電量的約15%，進(jìn)一步降低了顯熱利用效率。4、占地大，為了在冷渣機(jī)中冷卻礦料和在余熱鍋爐中加熱水-蒸汽工作介質(zhì)，都依靠空氣的對(duì)流傳熱，其傳熱強(qiáng)度低，使設(shè)備體積龐大，管道系統(tǒng)復(fù)雜，占地面積大。5、環(huán)境污染問題，強(qiáng)制通過冷渣機(jī)礦料的空氣帶起的細(xì)小礦料會(huì)隨空氣排入大氣造成環(huán)境污染，采用除塵設(shè)施除了增加設(shè)備外，不可避免的含塵空氣的泄漏會(huì)造成大氣污
^fe ο因此，傳統(tǒng)燒結(jié)礦冷卻和顯熱回收方法的造價(jià)高，能耗高，占地大，而且顯熱回收利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供這樣一種直接利用冷卻高溫礦料的顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)和方法。即利用高溫?zé)Y(jié)礦物料直接接觸蒸汽發(fā)生器的加熱面，將礦料的顯熱通過熱輻射，接觸導(dǎo)熱和氣流的對(duì)流三種方法傳給蒸汽發(fā)生器加熱管的工作介質(zhì)-水，產(chǎn)生蒸汽，而高溫礦料同時(shí)被冷卻，具有比單純對(duì)流傳熱高得多的傳熱強(qiáng)度，能將蒸汽加熱到更高溫度，用于供熱或發(fā)電的效率更高，其礦料冷卻和蒸汽發(fā)生器合為一體，使得整個(gè)裝置大為簡(jiǎn)化，使結(jié)構(gòu)緊湊，占地小，造價(jià)低。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了如下的技術(shù)措施
該系統(tǒng)主要包括位于燒結(jié)機(jī)高溫礦料排料一側(cè)下方的蒸汽發(fā)生器，該發(fā)生器為立體方形空心體，發(fā)生器外部為爐墻，內(nèi)部為爐膛，爐膛下部為漏斗，底部為排料檔板和排料及空氣入口。發(fā)生器的底部裝有下集箱，頂部裝有集汽包，爐膛內(nèi)自下而上依次裝有加熱器水管，過熱蒸汽管和破碎機(jī)，墻內(nèi)四壁裝有水冷壁管，中間裝有連接于下集箱并垂直上升至集汽包的蒸發(fā)管，爐墻外部裝有降水管，所述降水管、水冷壁管和蒸發(fā)管其上下端均連接于集汽包和環(huán)境空氣被抽風(fēng)機(jī)抽吸，自爐底的排料及空氣入口處吸入后自下而上經(jīng)排料檔板、爐膛內(nèi)的礦料熱源體及布置于其中的加熱器水管、過熱蒸汽管、蒸發(fā)管和破碎機(jī)，從排料排氣口排至空氣罩、排風(fēng)箱、經(jīng)抽風(fēng)機(jī)排出。運(yùn)行中，高達(dá)1000°C的高溫礦料送入蒸汽發(fā)生器的爐膛上部，經(jīng)破碎機(jī)破碎成小顆粒成為傳熱的固態(tài)熱源體充滿爐膛，靠重力自上而下移動(dòng)，通過發(fā)生器的受熱管將礦料的顯熱傳給受熱管中的工作介質(zhì)-水和蒸汽，同時(shí)礦料被冷卻至150°C以下從爐底排出。環(huán)境空氣經(jīng)抽風(fēng)機(jī)從底部排料及空氣入口處抽吸進(jìn)入爐膛內(nèi)自下而上通過固態(tài)熱源體吸收熱量，同時(shí)對(duì)受熱管進(jìn)行對(duì)流傳熱，從爐膛上部排出又通過高溫礦料層被加熱而變成熱煙氣，在氣水換熱器中對(duì)水管放熱而后排出。上述蒸汽發(fā)生器最終產(chǎn)生的過熱蒸汽溫度可以達(dá)到500°C以上。本發(fā)明的有益效果1、本發(fā)明直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法將高溫?zé)Y(jié)礦的冷卻和利用其顯熱生產(chǎn)蒸汽結(jié)合在一個(gè)裝置中，在燒結(jié)礦料下落過程中直接接觸蒸汽發(fā)生器爐膛內(nèi)部的受熱管，以直接接觸、輻射和對(duì)流三種換熱方式于一體將熱傳給受熱管內(nèi)的工作介質(zhì)，在冷卻礦料的同時(shí)完成顯熱利用，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)備，節(jié)省了占地。2、高溫礦料與受熱管的直接接觸的接觸導(dǎo)熱和輻射傳熱，以及氣流在礦料層-受熱面間流動(dòng)的對(duì)流傳熱強(qiáng)化了高溫礦料與蒸汽發(fā)生器受熱管之間的傳熱，提高了傳熱強(qiáng)度，減少了燒結(jié)礦料的冷卻面積和蒸汽發(fā)生器的受熱面積，降低了造價(jià)。3、高溫?zé)Y(jié)礦料對(duì)工作介質(zhì)-水和蒸汽的高強(qiáng)度直接加熱可以使產(chǎn)生的蒸汽溫度更高，因而可以相應(yīng)提高蒸汽壓力，其結(jié)果是提高了余熱發(fā)電的循環(huán)熱效率，使對(duì)高溫?zé)Y(jié)礦的綜合余熱利用率可以達(dá)到30%以上，是傳統(tǒng)方法的兩倍以上。4、由于不需要對(duì)高溫?zé)Y(jié)礦的鼓風(fēng)冷卻，不僅減少了系統(tǒng)電耗，也避免了冷卻空氣攜帶粉塵造成的環(huán)境污染。


圖為本發(fā)明直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖所示，該系統(tǒng)主要包括運(yùn)送礦料O)的燒結(jié)機(jī)(1)和蒸汽發(fā)生器，所述蒸汽發(fā)生器(4)為立體方形空心體，置于燒結(jié)機(jī)(1)的排料排氣口 09)下方，所述蒸汽發(fā)生器的四壁為爐墻(10)，中間為爐膛(27)，爐膛(XT)的下部為體積逐漸收窄的漏斗 (30)，最下部為排料檔板(3 和排料及空氣入口(6)，爐膛(XT)的下部和上部分別裝有下集箱(18)和集汽包(20)，爐膛(XT)內(nèi)從下往上依次裝有加熱器水管(17)，過熱蒸汽管 (24)和破碎機(jī)(3)，破碎機(jī)(3)的下方爐膛07)內(nèi)充滿被破碎的礦料熱源體(5)，爐膛四壁在下集箱(18)和集氣包00)之間裝有水冷壁管(19)，在爐膛07)內(nèi)部的熱源體(5)中裝有豎直蒸發(fā)管(32)，爐墻(10)的外部裝有降水管(21)，所述降水管(21)，水冷壁管(19)， 蒸發(fā)管(32)，其下端和上端均分別連接于下集箱(18)和集汽包(20)，加熱器水管(17)的一端經(jīng)進(jìn)水分配集箱(16)、給水泵(1 與進(jìn)水管(14)連接，另一端通過出水聯(lián)箱(31)，氣水換熱器(1 連接于下集箱(18)的端部，所述過熱蒸汽管04)的一端通過過熱蒸汽入口集箱與從集汽包OO)頂部引出的飽和蒸汽管0 連接，另一端通過過熱蒸汽出口集箱05)與過熱蒸汽出口管06)連接，所述裝有礦料O)的燒結(jié)機(jī)(1)，其外部裝有空氣罩 (觀)，下部為排風(fēng)箱(8)，風(fēng)箱(8)的下部，煙氣管之一經(jīng)抽風(fēng)機(jī)(11)，氣水換熱器(12)，排煙管(7)與另一煙氣管(9)匯合后連接于主抽風(fēng)機(jī)(13)。所述破碎機(jī)C3)為水平裝設(shè)，該破碎機(jī)可以是旋轉(zhuǎn)型破碎機(jī)，也可以是旋轉(zhuǎn)葉片式破碎機(jī)或者是打擊式破碎機(jī)，該破碎機(jī)可以裝一臺(tái)，也可以裝多臺(tái)，可以是一層裝設(shè)，也可以是兩層裝設(shè)。加熱器水管(17)和過熱蒸汽管04)由水平或微傾斜裝設(shè)的彎管束構(gòu)成， 管束可以是順列布置，也可以是錯(cuò)列布置。所述漏斗(30)的橫斷面向下逐漸收窄，其底部裝有排料檔板(33)可以轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，以改變排料及空氣口(6)的橫截面積可以收縮至爐膛 (27)橫截面積的二分之一以下。連接于下集箱(18)中垂直向上穿過加熱器水管(17)，過熱蒸汽管04)和破碎機(jī)(3)的間隙處，構(gòu)成固態(tài)熱源體周壁的蒸發(fā)管(32)，直接連接于集汽包(20)，其數(shù)量可以是一排或兩排以上，每排數(shù)根。所述爐墻(10)內(nèi)壁裝設(shè)的垂直向上的水冷壁管(19)可以是并排布置的光管，或者是并排的鰭片管。其運(yùn)行方式在燒結(jié)機(jī)⑴上的其溫度高達(dá)1000°C的燒結(jié)礦料O)，從排料及排氣孔09)處落入下方的破碎機(jī)C3)上，被轉(zhuǎn)動(dòng)的破碎機(jī)C3)破碎成小顆料，構(gòu)成礦料熱源體( 并自上而下自由下落充滿蒸汽發(fā)生器的爐膛(27)，與其中布置的過熱蒸汽管(M)、水冷壁管 (19)、蒸發(fā)管(32)、加熱器水管(17)直接接觸，通過接觸傳熱和輻射傳熱對(duì)受熱管中的工作介質(zhì)加熱，而礦料被冷卻至150°C以下，在蒸汽發(fā)生器(4)下部的排料及空氣入口(6)排出，環(huán)境空氣被抽風(fēng)機(jī)(11)所抽吸在爐膛(XT)內(nèi)自下而上流動(dòng)，被熱源體(5)加熱后又對(duì)爐膛(XT)中布置的加熱器水管(17)、蒸發(fā)管(32)、水冷壁管(19)、過熱蒸汽管04)進(jìn)行對(duì)流傳熱后通過頂部的排料排氣口 09)進(jìn)入空氣罩( )、經(jīng)抽風(fēng)機(jī)(11)抽吸、通過高溫礦料( 被加熱成為熱煙氣，經(jīng)排風(fēng)箱(8)和抽風(fēng)機(jī)(11)進(jìn)入氣水換熱器(1 放熱后經(jīng)排煙管(7)與煙氣管(9)抽來的煙氣混合后，經(jīng)主抽風(fēng)機(jī)(1 排出。蒸汽發(fā)生器(4)的給水經(jīng)進(jìn)水管(14)被給水泵(1 泵入進(jìn)水分配集箱(16)進(jìn)入置于爐膛(XT)熱源體(5) 內(nèi)的加熱器水管(17)接受熱交換，被加熱后經(jīng)出水聯(lián)箱(31)進(jìn)入爐膛(XT)外的氣水換熱器(12)中被熱煙氣進(jìn)一步加熱后的水返回下集箱(18)內(nèi)，再經(jīng)布置于爐膛(XT)的爐墻 (10)內(nèi)壁的水冷壁管(19)和布置于爐膛(XT)內(nèi)部的蒸發(fā)管(3 被加熱產(chǎn)生蒸汽，形成的汽水混合流體向上流入置于蒸汽發(fā)生器(4)頂部的集汽包OO)內(nèi)，在集汽包OO)內(nèi)經(jīng)汽水分離后，其水經(jīng)置于爐膛(XT)外的降水管返回下集箱(18)內(nèi)構(gòu)成自然循環(huán)，而分離出的飽和蒸汽經(jīng)飽和蒸汽管0 進(jìn)入過熱蒸汽入口集箱后被分配進(jìn)入過熱蒸汽管 (M)，在熱源體(5)中接受熱量后成為過熱蒸汽，其溫度高達(dá)500°C以上匯集入過熱蒸汽出口集箱(25)，經(jīng)過熱蒸汽出口管06)排往蒸汽用戶用于發(fā)電和供熱。
權(quán)利要求
1.直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法，主要包括運(yùn)送礦料O)的燒結(jié)機(jī)(1)和蒸汽發(fā)生器G)，其特征在于；所述蒸汽發(fā)生器(4)為立體方形空心體，置于燒結(jié)機(jī)⑴的排料排氣口 09)下方，所述蒸汽發(fā)生器⑷的四壁為爐墻(10)，中間為爐膛(XT)， 爐膛(XT)的下部為體積逐漸收窄的漏斗(30)，最下部為排料檔板(3 和排料及空氣入口 (6)，爐膛(XT)的下部和上部分別裝有下集箱(18)和集汽包(20)，爐膛(XT)內(nèi)從下往上依次裝有加熱器水管(17)，過熱蒸汽管04)和破碎機(jī)(3)，破碎機(jī)(3)的下方于爐膛(XT) 內(nèi)充滿被破碎的礦料熱源體(5)，爐膛四壁在下集箱(18)和集氣包OO)之間裝有水冷壁管 (19)，在爐膛(XT)內(nèi)部的熱源體(5)中裝有豎直蒸發(fā)管(32)，爐墻(10)的外部裝有降水管(21)，所述降水管(21)，水冷壁管(19)，蒸發(fā)管(3 ，的下端和上端均分別連接于下集箱(18)和集汽包(20)，水管(17)的一端經(jīng)進(jìn)水分配集箱(16)、給水泵(1 與進(jìn)水管(14)連接，另一端通過出水聯(lián)箱(31)，氣水換熱器(1 連接于下集箱(18)的端部，所述過熱蒸汽管04)的一端通過過熱蒸汽入口集箱與從集汽包OO)頂部引出的飽和蒸汽管02) 連接，另一端通過過熱蒸汽出口集箱0 與過熱蒸汽出口管06)連接，所述裝有礦料(2) 的燒結(jié)機(jī)(1)，其外部裝有空氣罩(觀)，下部為排風(fēng)箱(8)，風(fēng)箱(8)的下部，煙氣管之一經(jīng)抽風(fēng)機(jī)(11)，氣水換熱器(12)，排煙管(7)與另一煙氣管(9)匯合后連接于主抽風(fēng)機(jī)(13)。
2.如權(quán)利要求1所述直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法，其特征在于所述破碎機(jī)C3)為水平裝設(shè)，該破碎機(jī)可以是旋轉(zhuǎn)型破碎機(jī)也可以是旋轉(zhuǎn)葉片式破碎機(jī)或者是打擊式破碎機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法，其特征在于所述破碎機(jī)(3)可以是一臺(tái)，也可以裝多臺(tái)，可以是一層裝設(shè)，也可以是兩層裝設(shè)。
4.如權(quán)利要求1所述直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法，其特征在于加熱器水管(17)和過熱蒸汽管04)由水平或微傾斜裝設(shè)的彎管束構(gòu)成，管束可以是順列布置，也可以是錯(cuò)列布置。
5.如權(quán)利要求1所述直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法，其特征在于漏斗(30)的橫斷面向下逐漸收窄，其排料及空氣入口(6)的有效斷面可收縮至爐膛 (27)斷面的二分之一以下。
6.如權(quán)利要求1所述直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法，其特征在于排料檔板(3 可以改變排料及空氣入口(6)的橫截面的大小，排料檔板(3 可以是旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，或者是水平移動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法，其特征在于連接于下集箱(18)與集汽包OO)之間，在爐墻(10)內(nèi)壁裝設(shè)的垂直向上的水冷壁管(19)，可以是并排布置的光管，或者是并排的鰭片管。
8.如權(quán)利要求1所述直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法，其特征在于連接于下集箱(18)與集汽包OO)之間，通過礦料熱源體(5)的蒸發(fā)管(32)，其數(shù)量可以是一排或兩排以上，每排數(shù)根。
9.如權(quán)利要求1所述直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)和方法，其特征在于燒結(jié)機(jī)(1)上產(chǎn)生的溫度可達(dá)1000°c的高溫礦料O)，從排料排氣口 09)處落入下方的破碎機(jī)(3)的上部，被轉(zhuǎn)動(dòng)的破碎機(jī)C3)破碎成小顆粒，構(gòu)成礦料熱源體( 并自上而下自由下落充滿爐膛(27)，與布置在其中的過熱蒸汽管(M)、加熱器水管(17)、水冷壁管(19)、蒸發(fā)管(3 直接接觸，通過接觸和輻射將熱傳給所述管中的工作介質(zhì)-水和蒸汽，產(chǎn)生溫度可達(dá)500°C以上的過熱蒸汽，同時(shí)被冷卻至150°C以下經(jīng)排料檔板(3 從排料及空氣入口 (6)排出。
10.如權(quán)利要求1所述直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)和方法，其特征在于被抽風(fēng)機(jī)(11)所抽吸的環(huán)境空氣從排料及空氣入口(6)吸入爐膛07)，自下而上流動(dòng)通過熱源體( 被加熱，溫度升高，同時(shí)通過對(duì)流將熱傳給置于爐膛(XT)內(nèi)的受熱管，在爐膛(XT)頂部通過排料排氣口 09)排至空氣罩( )，經(jīng)抽風(fēng)機(jī)(11)抽吸穿過高溫礦料(2) 被加熱成為熱煙氣，經(jīng)排風(fēng)箱(8)，抽風(fēng)機(jī)(11)進(jìn)入氣水換熱器(1 放熱后經(jīng)排煙管(7) 與煙氣管(9)吸來的煙氣混合后，經(jīng)主抽風(fēng)機(jī)(1 排出。
11.如權(quán)利要求1所述直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)和方法，其特征在于所述蒸汽發(fā)生器⑷給水經(jīng)進(jìn)水管(14)，給水泵(15)，進(jìn)水分配集箱(16)打入加熱器水管(17)內(nèi)接受熱源體( 和熱空氣的傳熱，經(jīng)出水聯(lián)箱(31)打入氣水換熱器(12)中， 再次被加熱后，將水返回下集箱(18)內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1所述直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)和方法，其特征在于水冷壁管(19)和蒸發(fā)管(3 中的水及汽水混合物受熱后流入集汽包OO)內(nèi)，在汽包(20)內(nèi)進(jìn)行汽水分離后的水經(jīng)降水管返回下集箱(18)內(nèi)構(gòu)成自然循環(huán)，而分離出的飽和蒸汽經(jīng)飽和蒸汽管0 進(jìn)入過熱蒸汽入口集箱(23)，分配進(jìn)入過熱蒸汽管04)接受熱源體(5)的傳熱后可將過熱蒸汽溫度加熱到500°C以上匯集入過熱蒸汽出口集箱(25)， 從過熱蒸汽出口管06)排往蒸汽用戶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直接利用高溫?zé)Y(jié)礦料的顯熱產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)及方法，主要包括置于燒結(jié)機(jī)高溫礦料排出口下方的蒸汽發(fā)生器，溫度約1000℃的礦料從燒結(jié)機(jī)排出經(jīng)破碎機(jī)破碎后落入蒸汽發(fā)生器的爐膛中，自上而下通過裝設(shè)在爐膛內(nèi)的過熱蒸汽管，加熱器水管和垂直蒸發(fā)管，通過熱礦料與受熱管的直接接觸導(dǎo)熱、熱輻射和抽風(fēng)機(jī)吸入的自下而上通過爐膛內(nèi)礦料層被加熱的空氣流的對(duì)流傳熱，礦料被冷卻到150℃以下從底部排出，而管中的水和蒸汽被加熱，產(chǎn)生超過500℃的過熱蒸汽可用于發(fā)電，結(jié)果在一個(gè)裝置內(nèi)完成高溫?zé)Y(jié)礦料的冷卻和利用顯熱產(chǎn)生過熱蒸汽，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，顯熱利用率高，在冶金工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的節(jié)能應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F27D17/00GK102588933SQ20111000470
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者熊天渝 申請(qǐng)人:熊天渝